(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に潤滑油を貯溜するとともに、固定子と回転子を備えた電動要素と、前記電動要素の上方に配置された圧縮要素とを収容し、前記圧縮要素は、外径面に前記回転子が嵌合された主軸部と偏心軸部とを有するシャフトと、シリンダを備えたシリンダブロックと、前記シリンダの内部に往復動可能に挿設されたピストンと、両端に小端穴と大端穴を有し、前記小端穴には前記ピストンに取り付けられたピストンピンが挿入され、前記大端穴には前記偏心軸部が挿入されることで、前記ピストンと前記偏心軸部とを連結する連結棒を備え、前記偏心軸部の外径面が凸形状の曲面とし、大端穴の内面を、凹形状の曲面で形成し、大端穴と偏心軸部を、鉛直断面における曲率半径がそれぞれ一定の値となっており、大端穴内面の曲率半径Ｒｃを、偏心軸部の曲率半径Ｒｅの大きさと同等以上とし、偏心軸部の最大径を、大端穴の最小径より小さくした密閉型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉型圧縮機の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境に対する要求から家庭用冷蔵庫やエアコンは、ますます省エネ化への動きが加速されている。
【０００３】
従来の密閉型圧縮機としては、大端部と小端部とを有する連結棒の小端部で、ピストンピンを介してピストンを連結してなるピストン装置において、大端部、小端部の少なくともいずれか一方の内径に球面軸受を用いることで、加工、組立精度の緩和を図ったものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、連結棒の小端穴部の内壁、またはピストンピンの外周壁面のどちらか一方を球面状に形成することで、摺動部の片当たりの防止を図ったものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
以下、図面を参照しながら上記従来技術の密閉型圧縮機について説明する。
【０００６】
図６は、特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の縦断面図、図７は、同密閉型圧縮機の要部の正面図、図８は、同密閉型圧縮機の要部の断面図である。
【０００７】
図６乃至図８において、密閉容器２の底部には潤滑油４を貯留しており、圧縮機本体６は、サスペンションスプリング８によって密閉容器２に対して弾性的に支持されている。
【０００８】
圧縮機本体６は、電動要素１０と、電動要素１０の上方に配設される圧縮要素１２から構成されている。電動要素１０は、固定子１４および回転子１６とから構成されている。
【０００９】
圧縮要素１２のシャフト１８は、主軸部２０と、主軸部２０の上側に延出する偏心軸部２２を備えており、主軸部２０は、シリンダブロック２４の主軸受２６に挿入されている。
【００１０】
主軸部２０は、主軸受２６の内径より１０〜２０μｍ程度小さい直径を有する。そして、偏心軸部２２に作用する圧縮荷重などを、主軸受２６と主軸部２０との間に発生する油膜圧力で支持する片持ちの滑り軸受の構成となっている。
【００１１】
また、シリンダブロック２４は、円筒状の穴部であるシリンダ３４を備えており、ピストン３０がシリンダ３４に往復自在に挿入されている。
【００１２】
また、連結棒３５は、一端に設けた小端穴３６に、ピストン３０に取り付けられたピストンピン３８が挿入されている。そして、他端の大端穴３７の内面は球面加工が施され、球面軸受５０が装着されていることで、あらゆる方向に回転の自由度が与えられている。
【００１３】
図９は、特許文献２に記載された従来の密閉型圧縮機の要部断面図である。
【００１４】
図９において、連結棒１３５は、その小端穴１３６の内面に、凸面状の球面部１５１を有している。
【００１５】
以上のように構成された従来の密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。
【００１６】
電動要素１０に通電されると、回転子１６は回転し、これに伴ってシャフト１８も回転し、圧縮要素１２は、所定の圧縮動作を行う。
【００１７】
ピストン３０に作用した圧縮荷重は、ピストンピン３８、連結棒３５を経由して偏心軸部２２に作用し、シャフト１８は主軸部２０と主軸受２６の隙間の範囲内でわずかに傾斜するが、球面軸受５０や球面部１５１の作用で傾きを吸収することで、他の摺動部での片当りの発生を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開平３−１５３９１２号公報
【特許文献２】特開平９−３１７６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、上記特許文献１に記載された構成では、球面軸受５０と大端穴３７の摺動部は、通常の円筒型の摺動部を有する場合に比べて摩擦が大きい。
【００２０】
なぜならば、摺動部の油膜圧力の発生方向が球の半径方向となるため、摺動部の中心から離れるほど荷重の作用する方向との乖離が大きくなる。このため、同じ荷重を支持するためには、球面軸受５０は、円筒型の摺動部を有する場合に比べて多くの摺動面積が必要となる。そのため、粘性摩擦が増加するという課題を有していた。
【００２１】
また、球面軸受を組み込むためには、連結棒３５の大端部を分割する必要があるなど、構造が複雑で製造コストが増加するという課題を有していた。
【００２２】
さらに、上記特許文献２に記載された従来の構成のように、連結棒１３５の小端穴１３６に球面部１５１を形成した場合、摺動部で発生する油膜圧力が小さくなり、摩擦や摩耗が増加する。
【００２３】
この理由は、ピストンピン３８と小端穴１３６の摺動部は摺動速度が小さく、かつ大端穴１３７に比べ、小さい面積で荷重を支持する。また、円筒型の摺動部を有し、小さく均一な隙間を有する構成において、大きな荷重が作用した際には、隙間の潤滑油のスクイーズ効果によって油膜圧力が発生し、金属接触の発生を抑制することができるが、本構成の摺動部では、中央から離れるほど摺動部の隙間が大きくなる構成であり、摺動部全体を平均すると隙間が大きくなるため、荷重が作用した際に発生する油膜圧力が小さくなる。
【００２４】
したがって、荷重が作用した際に、隙間の小さい中央部の金属接触が顕著となり、摩擦や摩耗が増加するという課題を有していた。
【００２５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、主軸部の傾きに起因する他の摺動部の片当りの発生を防止し、摺動損失を低減して効率を向上するとともに、摩耗の発生を防止し、信頼性を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記従来の課題を解決するために、本発明の密閉型圧縮機は、シャフトの主軸部を軸支する主軸受と、両端に小端穴と大端穴を有し、小端穴にはピストンに取り付けられたピストンピンが挿入され、大端穴には偏心軸部が挿入されることで、ピストンと偏心軸部とを連結する連結棒とを備え、偏心軸部が凸形状の曲面で形成され、大端穴の内面を、凹形状の曲面で形成し、大端穴と偏心軸部を、鉛直断面における曲率半径がそれぞれ一定の値となっており、大端穴内面の曲率半径Ｒｃを、偏心軸部の曲率半径Ｒｅの大きさと同等以上とし、偏心軸部の最大径を、大端穴の最小径より小さくしたものである。
【００２７】
これにより、圧縮荷重などにより主軸部と主軸受の隙間の範囲内でシャフトが傾斜しても、偏心軸部が凸形状の曲面で傾斜を吸収するので、偏心軸部やピストンピン、ピストンなどの摺動部の片当たりを防止でき、摺動部の局所的な金属接触の発生を防止するという作用を有する。
また、これにより、シャフトの傾きを吸収して片当たりを防止することができる。しかも、偏心軸部の凸形状と大端穴の凹形状を組み合わせることで、等価半径を大きくすることができる。かかる構成は、油膜圧力が発生しやすくなるという作用を有する。
また、これにより、摺動部で発生する油膜圧力がわずかに中心向きに傾斜しており、しかもお互いの中心がずれた場合には、元の位置に戻すように油膜圧力が発生するので、連結棒から偏心軸部へ作用する荷重を摺動部の中心付近で安定して支持することができるという作用を有する。
また、これにより、大端穴を偏心軸部に容易に装入することができるという作用を有する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の密閉型圧縮機は、摺動部の局所的な金属接触の発生を防止し、摩擦を小さくすることで入力を低減し、効率を向上することができるとともに、局所的な金属接触に起因する摺動部の傷つきや摩耗の発生を抑制し、信頼性を向上することができる。
また、かかることにより、単純な構成で生産性を良くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図
【図２】同実施の形態１における要部断面図
【図３】同実施の形態１におけるピストンが下死点部にある動作を示す模式図
【図４】同実施の形態１におけるピストンが上死点部にある動作を示す模式図
【図５】同実施の形態１における連結棒の動作を示す模式図
【図６】特許文献１に記載の密閉型圧縮機の縦断面図
【図７】同密閉型圧縮機の要部の正面図
【図８】同密閉型圧縮機の要部の断面図
【図９】特許文献２に記載の密閉型圧縮機の要部断面図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
第１の発明は、密閉容器内に潤滑油を貯溜するとともに、固定子と回転子を備えた電動要素と、前記電動要素の上方に配置された圧縮要素とを収容し、前記圧縮要素は、外径面に前記回転子が嵌合された主軸部と偏心軸部とを有するシャフトと、シリンダを備えたシリンダブロックと、前記シリンダの内部に往復動可能に挿設されたピストンと、両端に小端穴と大端穴を有し、前記小端穴には前記ピストンに取り付けられたピストンピンが挿入され、前記大端穴には前記偏心軸部が挿入されることで、前記ピストンと前記偏心軸部とを連結する連結棒を備え、前記偏心軸部の外径面が凸形状の曲面とし、大端穴の内面を、凹形状の曲面で形成し、大端穴と偏心軸部を、鉛直断面における曲率半径がそれぞれ一定の値となっており、大端穴内面の曲率半径Ｒｃを、偏心軸部の曲率半径Ｒｅの大きさと同等以上とし、偏心軸部の最大径を、大端穴の最小径より小さくしたものである。
【００３１】
かかる構成とすることにより、圧縮荷重などにより主軸部と主軸受の隙間の範囲内でシャフトが傾斜しても、偏心軸部が凸形状の曲面で傾斜を吸収することができる。その結果、偏心軸部やピストンピン、ピストンなどの摺動部の片当たりを防止でき、摺動部の局所的な金属接触の発生を防止する。したがって、摺動部での摩耗の発生を抑制し、信頼性を向上することができる。
また、かかることにより、シャフトの傾きを吸収して片当たりを防止することができる。しかも、偏心軸部の凸形状と大端穴の凹形状を組み合わせることで、等価半径を大きくすることができる。かかる構成は、油膜圧力が発生しやすくなるという作用を有する。
また、かかることにより、摺動部で発生する油膜圧力がわずかに中心向きに傾斜しており、しかもお互いの中心がずれた場合には、元の位置に戻すように油膜圧力が発生するので、連結棒から偏心軸部へ作用する荷重を摺動部の中心付近で安定して支持することができるという作用を有する。
また、かかることにより、大端穴を偏心軸部に容易に装入することができるという作用を有する。
また、したがって、単純な構成で生産性を良くすることができる。
【００４４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００４５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図、図２は、同実施の形態１における要部断面図である。
【００４６】
図１、図２において、密閉容器２０２内底部に潤滑油２０４を貯留するとともに、圧縮機本体２０６がサスペンションスプリング２０８により密閉容器２０２内で懸架されている。また、密閉容器２０２には、温暖化係数の低い冷媒であるＲ６００ａ（イソブタン）が充填されている。
【００４７】
圧縮機本体２０６は、電動要素２１０と、これによって駆動される圧縮要素２１２とからなり、密閉容器２０２には、電動要素２１０に電源を供給するための電源端子２１３が取り付けられている。
【００４８】
まず、電動要素２１０について説明する。
【００４９】
電動要素２１０は、鋼板を積層した鉄心と巻線を有する固定子２１４と、固定子２１４の内径側に配置された回転子２１６を備えており、固定子２１４の巻線が電源端子２１３を経由して密閉型圧縮機外の電源（図示せず）と導線により接続されている。
【００５０】
次に、圧縮要素２１２について説明する。
【００５１】
圧縮要素２１２は、電動要素２１０の上方に配設されている。
【００５２】
圧縮要素２１２を構成するシャフト２１８は、主軸部２２０と、主軸部２２０上端から延出し、主軸部２２０と平行な偏心軸部２２２を備えている。また、主軸部２２０の外径面に、回転子２１６が焼嵌めなどの方法で固定されている。さらに、シャフト２１８は、主軸部２２０表面に設けたらせん状の給油溝などからなる給油機構２２３を備えている。
【００５３】
シリンダブロック２２４は、円筒形の内面を有する主軸受２２６を備えている。
主軸受２２６の内径は、主軸部２２０の外径より１０〜２０μｍ程度大きく設定され、主軸受２２６に主軸部２２０が回転自在な状態で挿入されることで、シャフト２１８は支持されている。そして、圧縮要素２１２は、偏心軸部２２２に作用した荷重を偏心軸部２２２の下側に配置された主軸部２２０と主軸受２２６で支持する片持ち軸受の構成になっている。
【００５４】
また、シリンダブロック２２４は、円筒状の穴部であるシリンダ２３４を備えており、ピストン２３０がシリンダ２３４に往復自在に挿入されている。
【００５５】
シリンダ２３４の端面には、バルブプレート２４０が取り付けられ、シリンダ２３４およびピストン２３０とともに圧縮室２４２を形成する。さらに、バルブプレート２４０を覆って蓋をするようにシリンダヘッド２４４が固定されている。吸入マフラ２４６は、ＰＢＴなどの樹脂で成型され、内部に消音空間を形成し、シリンダヘッド２４４に取り付けられている。
【００５６】
連結棒２３５は、両端に設けた小端穴２３６と大端穴２３７を有し、小端穴２３６にピストン２３０に取り付けられたピストンピン２３８が挿入され、大端穴２３７に偏心軸部２２２が挿入されることで、偏心軸部２２２とピストン２３０を連結している。
【００５７】
偏心軸部２２２は、ほぼ円筒形であるが、大端穴２３７との摺動部の中央部の直径がわずかに大きい凸形状をなし、偏心軸部２２２の中央部の最大径はＤｅである。また、偏心軸部２２２は、鉛直断面において一定の曲率半径Ｒｅを有している。
【００５８】
さらに、大端穴２３７の内面は、凹形状の曲面で形成され、鉛直方向の中心から離れるほど直径が小さくなり、上下端で大端穴２３７の最小径Ｄｃとなっている。また大端穴２３７は、鉛直断面において一定の曲率半径Ｒｃを有している。
【００５９】
偏心軸部２２２の曲率半径Ｒｅは、大端穴２３７の曲率半径Ｒｃに比べ小さく、また、偏心軸部２２２の最大径Ｄｅは、大端穴２３７の最小径Ｄｃより小さい。
【００６０】
また、大端穴２３７と偏心軸部２２２の最小隙間Ｃｅと、大端穴２３７の高さＨを用いると、大端穴２３７内面の曲率半径Ｒｃは、Ｈ２／４Ｃｅより大きくなるように選択されている。
【００６１】
さらに、主軸受２２６と主軸部２２０の隙間Ｃと、主軸受２２６の長さＬと、大端穴２
３７の高さＨを用いると、偏心軸部２２２の曲率半径Ｒｅおよび大端穴２３７の曲率半径Ｒｃは、Ｌ・Ｈ／４Ｃより小さくなるように選択されている。
【００６２】
一例として、Ｌ＝５０ｍｍ、Ｈ＝１３ｍｍ、Ｃ＝２０μｍ、Ｃｅ＝２０μｍの場合、Ｒｅは２５００ｍｍ、Ｒｃは５０００ｍｍに設定されており、いずれもＬＨ／４Ｃ、すなわち８１２５ｍｍより小さく、Ｈ２／４Ｃｅすなわち２１１２．５ｍｍより大きくなるように選択されている。
【００６３】
以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。
【００６４】
電源端子２１３より電動要素２１０に通電されると、固定子２１４に発生する磁界により、回転子２１６はシャフト２１８とともに回転する。主軸部２２０の回転に伴う偏心軸部２２２の偏心回転は、連結棒２３５により変換され、ピストン２３０をシリンダ２３４内で往復運動させる。そして、圧縮室２４２が容積変化することで、密閉容器２０２内の冷媒を圧縮室２４２内に吸入し、圧縮する圧縮動作を行う。
【００６５】
圧縮動作の後に行われる吸入行程において、密閉容器２０２内の冷媒は、吸入マフラ２４６を介して圧縮室２４２内に間欠的に吸入され、圧縮室２４２内で圧縮された後、高温高圧の冷媒は吐出配管２４８などを経由して密閉容器２０２からの冷凍サイクル（図示せず）へ送られる。
【００６６】
また、圧縮動作に伴う荷重が、連結棒２３５よりシャフト２１８の偏心軸部２２２に作用し、偏心軸部２２２の下側に配置された主軸部２２０と主軸受２２６で、シャフト２１８を支持し、この際、主軸部２２０は主軸受２２６の隙間内で傾斜する。
【００６７】
図４は、シャフト２１８に荷重が作用した際の傾きを模式的に示したものである。
【００６８】
図３に示すピストン２３０が下死点の近傍に位置する状態では、圧縮荷重が作用しないため、シャフト２１８はほとんど傾斜していない。
【００６９】
一方、図４に示すようにピストン２３０が上死点の近傍に位置する状態では、ピストン２３０に作用した圧縮荷重が、偏心軸部２２２に伝わり、主軸部２２０は、主軸受２２６の隙間内で傾斜する。このシャフト２１８の傾斜の大きさは、ピストン２３０に作用する荷重の大きさ、あるいは主軸受２２６における油膜圧力の大きさなどによっても影響を受ける。
【００７０】
シャフト２１８が傾き、偏心軸部２２２が傾斜していても、偏心軸部２２２の外表面は曲面で形成されるため、連結棒２３５の片当たりを抑制することができる。すなわち、連結棒２３５から水平方向に作用する荷重を、曲面で傾きを吸収しながら大端穴２３７を支持することができ、片当たりの発生を防止する。
【００７１】
さらに、大端穴２３７の内面は、凹形状の曲面で形成されるため、偏心軸部２２２の凸形状の曲面との組み合わせで、実質的に曲率半径が大きい状態のように、広い幅で油膜圧力が発生しやすくなり、局所的な接触による摩擦の発生を防止することができる。また特に、大端穴２３７と偏心軸部２２２は、鉛直断面における曲率半径がそれぞれＲｃとＲｅの一定値となっており、曲率半径Ｒｅの偏心軸部２２２の外側に、これより小さい曲率半径Ｒｃを有する大端穴２３７を配置することで、摺動部で発生する油膜圧力がわずかに中心向きに傾斜する。しかもお互いの中心がずれた場合に中央へ復元するように力が作用するため、摺動部の中央付近で安定して荷重を支持することができる。
【００７２】
次に、偏心軸部２２２の最大径Ｄｅと大端穴２３７の最小径Ｄｃの関係について説明する。
【００７３】
大端穴２３７は、内面の曲率半径Ｒｃであるので、中心からＨ／２だけ離れた大端穴２３７の上下端では、中央部より、
【００７４】
【数１】
0005828137.tif 000002
【００７５】
すなわち、１７μｍだけ直径が小さくなる。大端穴２３７と偏心軸部２２２の中央部での隙間は、２０μｍであるため、偏心軸部２２２の最大径Ｄｅは、大端穴２３７の最小径Ｄｃより３μｍ大きいことがわかる。
【００７６】
ここで、上記の関係を式にあらわすと、
【００７７】
【数２】
0005828137.tif 000003
【００７８】
であり、これを変形すると、Ｒｃ＞（Ｈ２−Ｃｅ２）／４Ｃｅとなる。
【００７９】
ＣｅはＨより十分小さいので、Ｒｃ＞Ｈ２／４Ｃｅであれば、偏心軸部２２２の最大径Ｄｅは大端穴２３７の最小径Ｄｃより大きいことになる。
【００８０】
以上のように、本発明において、偏心軸部２２２の最大径Ｄｅは、大端穴２３７の最小径Ｄｃより小さいので、大端穴２３７を偏心軸部２２２へ上方よりに容易に装入することができる。その結果、単純な構成で生産性を良くすることができる。
【００８１】
次に、シャフト２１８の傾斜との関連について、図４を用いて説明する。
【００８２】
図４は、傾斜時の接触点の位置を説明する模式図である。
【００８３】
主軸受２２６と主軸部２２０の隙間Ｃの範囲内で、シャフト２１８が傾いた場合、偏心軸部２２２も同時に傾斜する。シャフト２１８が最大限傾いたときの角度θは、Ｔａｎθ＝Ｃ／Ｌで表される。
【００８４】
偏心軸部２２２と大端穴２３７はともに曲面で形成され、間に油膜が介在した状態で接するように近接することで摺動部を形成している。曲率半径Ｒｅ、Ｒｃの大きさが異なるため、お互いの位置が傾斜した場合、近接点は中立位置のＡからＢへ移動し、この位置の変化は、ＲｅＴａｎθ＝Ｒｃ・Ｃ／Ｌで表される。即ち、曲率半径Ｒｃが小さいほど、傾斜時の近接点の移動が小さいことになる。また大端穴２３７の高さはＨであるが、仮に、Ｂへの移動距離がＨ／２とすると、近接点が摺動部の端部に到達してしまうことになり、この場合、片当りの状態になり油膜が形成されにくくなる。
【００８５】
本発明では、ＲｃとＲｅがＬＨ／４Ｃより小さく選択されているので、近接点の移動距離がＨ／４より小さいことになり、近接点の周辺に油膜が形成されやすく、大端穴２３７の端部と片当たりすることがない。
【００８６】
したがって、主軸部が最大限傾いても、大端部の中央付近の曲面同士で荷重を支持できるので、片当りによる摩擦や摩耗の発生を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、偏心軸部の外径面を凸形状の曲面で形成することで、シャフトの傾きに起因する摺動部の片当りによる摩擦の発生を防止し、効率と信頼性を向上できる。したがって、家庭用電気冷凍冷蔵庫に限らず、エアーコンディショナー、自動販売機やその他の冷凍装置等に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００８８】
２０２  密閉容器
２０４  潤滑油
２１０  電動要素
２１２  圧縮要素
２１４  固定子
２１６  回転子
２１８  シャフト
２２０  主軸部
２２２  偏心軸部
２２４  シリンダブロック
２２６  主軸受
２３０  ピストン
２３４  シリンダ
２３５  連結棒
２３６  小端穴
２３７  大端穴
【図１】
0005828137.tif 000004
【図２】
0005828137.tif 000005
【図３】
0005828137.tif 000006
【図４】
0005828137.tif 000007
【図５】
0005828137.tif 000008
【図６】
0005828137.tif 000009
【図７】
0005828137.tif 000010
【図８】
0005828137.tif 000011
【図９】
0005828137.tif 000012